专利名称：用于多层光学数据存储的拾取头的级联控制的制作方法
技术领域：
本技术通常涉及光学数据存储技术。更具体地，本技术涉及用于在光盘上控制用
于存储的拾取头的方法和系统。
背景技术：
随着计算能力的进步，计算技术已进入新的应用领域，其中包括例如消费视频、数 据归档、文档存储、成像以及影视制作。这些应用提供了连续的推动力，从而开发了具有增 加的存储容量的数据存储技术。此外，存储容量的增加实现并促进了技术的发展，技术的发 展远远超过了(其中包括例如游戏)开发者的最初预期。 光学存储系统逐渐提高的存储容量在数据存储技术中提供了一个好的开发实例。 在二十世纪八十年代初期开发的压縮盘格式(即CD格式)具有大约650-700MB的数据容 量或者大约74-80分钟的双信道音频节目的容量。相比之下，在二十世纪九十年代初期开 发的数字多功能盘(DVD)格式具有大约4. 7GB(单层)或8. 5GB(双层)的容量。DVD的更 高存储容量足以存储具有较老的视频分辨率(例如大约720(h)x576(v)像素的PAL，或大约 720(h)x480(v)像素的NTSC)的长片(full-length feature film)。 然而，因为更高的分辨率视频格式(例如高清晰度电视(HDTV)，对于1080p大约 1920(h)xl080(v)像素)已变得很流行，所以期望具有能够保存以这些分辨率所记录的的 长片的存储格式。这已经促进了高容量记录格式(例如Blu-ray DisJM格式)的发展，该 Blu-ray Disc 格式能够在单层盘中保存大约25GB，或者在双层盘中保存大约50GB。随着 视频显示的分辨率或其它技术的继续发展，不断提高容量的存储介质将变得更重要。 一种 可以在存储工业中更好地实现将来容量需求的发展的存储技术基于全息存储。
全息存储是以全息图的形式存储数据，该全息图是由两束光在感光存储介质中的 相交产生的三维干涉图样的图像。已经推行了基于页面的全息技术和逐位(bitiise)全 息技术二者。在基于页面的全息数据存储中，包含数字编码数据的信号光束被叠加到存储 介质的体积中的参考光束，从而导致例如改变或调制在该体积中的介质折射率的化学反 应。这样的调制用于记录来自信号的强度和相位信息二者。因此，每个位通常被存储为干 扰图样的一部分。全息图可以随后通过将存储介质暴露于仅仅参考光束而被恢复，该参考 光束与所存储的全息数据交互作用以生成与用于存储全息图像的最初信号光束成比例的 重构信号光束。 在逐位全息术或微型全息数据存储中，每个位都被写成通常由两个反方向传播的 聚焦记录光束生成的微型全息图或者布拉格(Bragg)反射光栅。然后，通过使用被微型全 息图反射的读取光束来重构记录光束而恢复该数据。因此，微型全息数据存储比逐页全息 存储更类似于当前技术。然而，与可能被用于DVD和Blu-ray Disk 格式的两层数据存储 相比，全息盘可以具有50或100层数据存储，提供了可以以千吉字节(TB)度量的数据存储 容量。此外，对于基于页面的全息数据存储，每个微型全息图包含来自信号的相位信息。
尽管全息存储系统可以提供比当前光学系统高得多的存储容量(对于所有光学存储介质均如此，它们可能容易受到因为多层数据所引起的差的寻轨(tracking)控制的 影响。因此，改善光学驱动器中的盘的寻轨控制的技术是有益的。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于控制光学驱动器的拾取头的位置的方法，包括操 纵作为级联控制方案中的主要变量的拾取头的位置，以及操纵作为级联控制方案中的辅助 变量的流过拾取头的电流。 本发明的一个方面涉及一种制造光学驱动器的方法，包括在光学驱动器中提供拾 取头的位置控制器，其中所述位置控制器是拾取头的级联控制结构中的主要控制器。还提 供所述拾取头的电流控制器，其中所述电流控制器是级联控制结构中的辅助控制器。
本发明的一个方面涉及一种光学驱动器，该光学驱动器具有光学拾取头，其被配 置成记录/读取光学数据存储盘的数据轨道；所述拾取头的位置控制器，其中所述位置控 制器是所述拾取头的级联控制方案中的主要控制器；以及所述拾取头的电流控制器，其中 所述电流控制器是级联控制方案中的辅助控制器。
当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变
得更好理解，其中相同的符号表示整个附图中的相同部件。 图1是根据本技术的实施例的光盘驱动器的示意图； 图2是可以在本技术的实施例中使用的光盘的顶视图； 图3是可以在本技术的实施例中使用的光学头或拾取头的透视图； 图4和图4A描绘了可以在本技术的实施例中使用的示例性双光束拾取头； 图5是根据本技术的实施例的光盘驱动器的拾取头的级联控制方案的流程图； 图6是描绘替换的控制符号的图5的级联控制方案的流程图；以及 图7是根据本技术的实施例的用于控制光学驱动器的拾取头的方法的框图。
具体实施例方式
图1是可以用来记录/读取来自光学存储盘12的数据的光学驱动系统10。通过 一系列光学元件14来读取存储在光学数据盘12上的数据，所述光学元件将读取光束16投 射到光学数据盘12上。光学元件14从光学数据盘12拾取反射的光束18。光学元件14 可以包括任何数目的不同元件，其设计成生成激发光束，将这些光束聚焦到光学数据盘12 上，以及检测从所述光学数据盘12返回的反射18。通过到光学驱动电子器件封装22的耦 合20控制光学元件14。该光学驱动电子器件(eletronics)封装22可以包括这样的单元 (例如为一个或多个激光系统供电的电源，用于检测来自检测器的电子信号的检测电子器 件，用于将所检测的信号转换成数字信号的模拟数字转换器)，以及其它的单元，例如用于 预测检测器信号何时实际上正在指示(register)被存储在光学数据盘12上的位值的位预 领lj器。 光学元件14在光学数据盘12上的位置由寻轨/聚焦伺服机构(servo) 24控制， 该寻轨/聚焦伺服机构具有机械致动器26，其被配置成在光学数据盘12的表面上来回移动
4所述光学元件。光学驱动电子器件22和伺服机构24都由处理器28控制。在根据本技术 的一些实施例中，处理器28能够基于可以由光学元件14接收的并反馈到该处理器28的采 样信息来确定该光学元件14的位置。在一些实施例中，伺服机构24或光学驱动电子器件 22能够基于光学元件14接收的采样信息来确定该光学元件14的位置。
处理器28还控制将功率32提供给主轴电机34的电机控制器30。该主轴电机34 耦合到控制光学数据盘12的转动速度的主轴36。随着将光学元件14从该光学数据盘12 的外侧边缘移动到更靠近该主轴36，处理器28可以增加该光学数据盘的转动速度。当光学 元件14在外部边缘时，与当光学元件14在内部边缘时一样，这可以被执行以保持来自光学 数据盘12的数据的数据速率基本上相同。该盘的最大转动速度可以是每分钟大约500转 (rpm) 、 1000rpm、 1500rpm、3000rpm、5000rpm、 10000rpm、或更高。 处理器28被连接到随机存取存储器即RAM 38以及只读存储器即ROM 40。该ROM 40包含允许处理器28控制寻轨伺服机构24、光学驱动电子器件22以及电机控制器30的程 序。此外，该ROM 40还包含允许处理器28分析来自光学驱动电子器件22的数据的程序， 其中所述数据被存储在RAM 38中。如此处进一步详细讨论的那样，对存储在RAM38中的数 据的这种分析包括例如解调、解码或将来自光学数据盘12的信息转换成可以由其它单元 使用的数据流的所必须的其它功能。 如果光学驱动系统10是商业单元，例如消费者电子设备，其可以具有控制以允许 处理器28被用户访问和控制。这样的控制可以采用面板控制42的形式，例如键盘、程序选 择开关等等。此外，处理器28的控制可以由远程接收机44执行。远程接收机44可以被配 置成从远程控制48接收控制信号46。其中，控制信号46可以采用其中包括红外光束、声信 号或无线电信号的形式。 在处理器28已经分析了存储在RAM 38中的数据以生成数据流之后，处理器28可 能将该数据流提供到其它单元。例如，可以将该数据作为数字数据流经过网络接口 50提供 到外部数字单元，例如计算机或位于外部网络上的其它设备。可替换地，处理器28可以将 数字数据流提供给消费者电子器件数字接口 52(例如其中包括高清多媒体接口 (HDMI))， 或其它高速接口 (例如USB端口)。处理器28还可以具有其它连接的接口单元例如数字转 模拟信号处理器54。该数字转模拟信号处理器54可以允许处理器28提供模拟信号以输出 到其它类型的设备，例如到电视机上的模拟输入信号或到放大系统的音频信号输入。
如图2所示，光学驱动器10可以被用来读取包含数据的光学数据盘12。通常，光 学数据盘12是具有嵌入到其中的一个或多个数据存储层的平的圆盘。该数据层可以包括 任何数目的可以反射光的表面，例如用于逐位全息数据存储的微型全息图或具有凹坑和平 台的反射表面。主轴孔56耦合到主轴(例如图1的主轴36)以控制盘12的转动速度。在 每一层上，通常可以将数据写到从该盘12的外部边缘到内部界限的连续螺旋轨道58中，但 是也可以使用圆形轨道或其它配置。 在用于微型全息数据存储的盘中可以利用基于注入可压模的热塑性的盘材料。类 似于传统的CD/DVD，该盘可能在实时记录和读出系统中以每分钟数百转或数千转(rpm)在 光学媒体播放器中相对快速地自旋。该盘的振动和摇晃通常可能高达lOOym，这比典型的 微型全息图尺寸(例如< lOym)大。因此，盘上的轨道可以被用来实现实时寻轨和聚焦。 对于全息数据存储的各方面的讨论见美国专利申请公开号2006/0227398Al，通过引用将其
5整体结合于此。 图3描绘了示例性检测头(示出了数据光束的冲击)。发射器68可以发射读取光 束16，并且读取光束16的各种反射可以在检测器70处被接收。读取光束16可以首先通过 半波片74，其改变读取光束16的偏振。该读取光束16然后可以进入偏振分束器76，其基 本上可以将整个读取光束16反射90° ，从而使其指向改变读取光束16的偏振的四分之一 波片78。光束16然后可以进入聚焦光学器件80，其可以将光束16聚焦到光学盘12的数 据点位置上。数据点位置可以包含微型全息图60。反射的光束82可以通过聚焦光学器件 80并且返回通过四分之一波片78，以使得反射的光束82的偏振发生移位，并且现在基本上 通过偏振分束器76而导向检测器70。在检测器70处收到光束82之前，该光束82可以通 过聚焦光学器件86和其它光学器件。 用于光学数据存储系统的主要操纵变量可以是拾取头的位置。该光学拾取头是电 磁致动器，其包括线圈、永磁铁和线弹簧衰减系统。在速度和力方面，流过线圈的电流确定 所述头的移动。因此，电流被看作成影响主要控制变量的辅助变量。级联控制结构能够通 过操纵可测量的辅助变量来改善总的性能。 针对特定应用，级联控制结构相比单环路控制能够改善系统性能。级联控制可以 有益地用于调节(i)对影响中间变量的控制环路的干扰，该中间变量直接影响所控制的 外部环路变量；以及/或者(ii)对非线性行为的内部环路物理处理的增益。在第一种情况 下，级联控制结构可以限制干扰的影响。可以在初期就除去内部干扰，并且内部干扰将不传 播通过整个控制环路。在第二种情况下，对于内部环路的非线性、增益变化或非理想特性， 级联控制系统可以通过相应地设计内部环路来对其进行限制。 光学数据存储中的聚焦和寻轨控制通常通过应用单环路控制来实现。考虑到包括 线性功率级、减震电磁致动器的光学拾取头的整体安置以及光学拾取头自身，有可能在控 制环路的不同点处引入干扰。如图5、图6所示的控制结构可以进一步被用来以前馈的方式 有效地消除干扰。这可以给出将自适应估计技术添加到级联控制结构的顶部的灵活性。该 技术可以改善对命令的阶跃变化的读取时间(acess time)/稳定时间(settling time)。 该结构有助于在干扰发生的点处抑制干扰。建立或读取时间的优化对于具有多数据层的所 有类型的光学记录技术都很重要。通过内部环路控制器可以抑制内部环路处的干扰。通常 这样的干扰的影响将不传播通过外部控制环路，该外部控制环路例如在稳定时间方面改善 控制行为。 图4和图4A描绘了示例性双光束检测头系统100。光源102发射通过偏振分束器 106和深度选择光学器件108的读取光束104。该读取光束104被分色镜110反射，并且通 过四分之一波片112和透镜114引导到盘12中的微型全息图60。从微型全息图60反射的 数据光束116通过透镜116、四分之一波片114、分色镜110和深度选择光学器件108被传 回。然后，反射的光束116通过偏振分束器106和收集光学器件118传送到检测器120，在 该处读取微型全息图60的数据。 此外，光源122发射通过分束器126和深度选择光学器件128的寻轨光束124。该 寻轨光束124通过分色镜110、四分之一波片112和透镜114传送到盘12。在所说明的实 施例中，该寻轨光束124被盘12反射(例如在盘附近或在盘的底部)，该盘可以具有反射 层、轨道、凹槽等等。反射的寻轨光束130通过透镜114、四分之一波片112、分色镜110、收集光学器件128、分束器126以及收集光学器件132传送到检测器134。
图5描绘了光学盘播放器的拾取头150的级联控制方案148。将拾取头150的位 置(例如以微米即ym计)的受控的或期望的位置152Xref与拾取头150的测量的位置 154(X)相比较。将位置误差156(e)馈送到位置控制器158。位置控制器158的输出是经 过该拾取头的受控的或期望的电流160(Iref，例如以安培计)。将该期望电流160和经过 拾取头的实际测量电流164(1)的比较162被馈送到电流控制器166。随后，可以将电流控 制器166的输出168馈送到拾取头150的电磁部件。 例如，电流控制器166的输出168可以被馈送到转换该输出168的功率级部件 170(例如晶体管、放大器等等)，以基于所述输出168在拾取头150的线圈中生成物理电 流。该部件170可以充当物理放大器，例如将低电压转换成较高的电压。量值限制设备 (scale limitation device) 172可以提供流过线圈的电流的上下限的阈值限制。此外，通 过线圈或拾取头150的电流可以由感测元件或电流变换器174测量，并且再次可以将所测 量的电流164(1)作为反馈提供给电流控制器166。 所实现的可能影响拾取头150的位置的干扰由参考标记176表示。控制方案148 可以补偿这样的干扰176。在所说明的实施例中，象征性地描绘到头150的左边的干扰176 可以指示与电磁部件(例如线圈、致动器等等)相关联的干扰，例如温度、电流、电压等等的 偏差。象征性地描绘到头150的右边的干扰176可以指示与盘(例如见图2、3和4中的盘 12，在图3中没有示出盘)的位置的偏差相关联的干扰或与盘的读取相关联的干扰，以使得 可能因为盘上的灰尘或划痕的存在；自旋盘的冲击、振动或摇晃；盘周围的气流等等而实 现。 在光学驱动器的检测器178处测量或检测拾取头150的位置154 (X)。例如，从光 学头150发射的激光束的位移可以在检测器178处被检测以确定拾取头的位置154(X)。例 如，可以基于拾取头150发射的数据光束或寻轨光束从盘12的反射来测量这样的位移。检 测器178的电压可以经受低通滤波器180的作用以将位置154(X)反馈信号提供给位置控 制器158。该反馈可以是与该位置154(X)相关的电压。 图6描绘了具有替换控制符号的图5的级联控制方案148。在该控制方案148的 实施中，如框182所指示的那样，将电流控制器166的输出168从数字转换成模拟，以将模 拟参考馈送到功率级部件170 (见图5)。电流和电压184经历时间常数186(Tl)。在电流 侧可能经历力矩干扰188(TL)，并且系统可能还由第二时间常数190(T2)约束。负荷干扰 192(Xb)可能呈现(manifest)，并且头150的移动的合速度(resulting velocity) 194可 以由简单积分器196积分以提供位置154。与位置154(X)相关的模拟信号可以被转换(框 198)成数字信号，并且将其作为反馈提供给位置控制器158。 图7描绘了控制光学驱动器的拾取头的移动的方法100。测量作为拾取头的移动 的级联控制方案中的主要变量的所述拾取头的位置(框202)。另外，还测量了流过拾取头 (例如流过与拾取头相关联的线圈)的电流(框204)。与测量位置和期望位置之间的差异 相关的信号可以被馈送到电流的控制器以改变电流控制器的设定点(框206)。然后拾取头 的位置可以经由对流控制器的设定点的调整以及随后所产生的电流量的变化而被调整到 期望位置(框208)。 虽然仅在此说明和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应该理解所附的权利要求打算覆盖落入本发明真实精神之中的所有这样
的修改和变化。
元件列表10光学驱动系统12光学存储盘14光学元件16读取光束18反射光束20耦合22光学驱动电子器件封装24寻轨/聚焦伺服机构26机械致动器28处理器30电机控制器32功率34主轴电机36主轴38存储器RAM40匪42面板控制44远程接收机46控制信号48远程控制50网络接口52消费者电子器件数字接口54数字转模拟信号处理器56主轴孔58连续螺旋轨道60微型全息图68发射器70检测器74半波片76偏振分束器78四分之一波片80聚焦光学器件82光束86聚焦100系统102光源
104读取光束 106偏振分束器 108深度选择光学器件 110分色镜 112四分之一波片 114透镜 116反射的数据光束 118收集光学器件 120检测器 122光源 124寻轨光束 126分束器 128深度选择光学器件 130反射的寻轨光束 132收集光学器件 134检测器 148级联控制方案 150拾取头 152受控的或期望的位置 154测量的位置 156位置误差 158位置控制器 160受控的或期望的电流 162比较 164实际测量的电流 166电流控制器 168输出 170功率级部件 172量值限制设备 174元件或电流变换器 176干扰 178检测器 180低通滤波器 182框 184电流和电压 186时间常数 188力矩干扰 190第二时间常数 192负荷干扰
9
194合速度 196简单积分器 198框 202框 204框 206框 208框
权利要求
一种用于控制光学驱动器(10)的拾取头(100、150)的位置的方法(100)，包括操纵(158、208)作为级联控制方案(148)中的主要变量的所述拾取头(100、50)的位置；以及操纵(166、206)作为所述级联控制方案(148)中的辅助变量的流过所述拾取头(100、150)的电流。
2. 根据权利要求l所述的方法，包括测量(204)流过所述拾取头(100U50)的电流 (164)。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中与流过所述拾取头(100U50)的电流(164)的量 相关的信号(184)是具有流过所述拾取头(100、150)的电流(164)的量的、到控制器(166、 206)的输入。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中将位置的控制器(158)的输出(160)馈送给电流 的控制器(166)的设定点。
5. 根据权利要求l所述的方法，其中所述级联控制方案(148)有助于所述光学驱动器 (10)中的聚焦控制。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中所述级联控制方案(148)有助于所述光学驱动器 (10)中的寻轨控制。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中所述级联控制方案(148)以前馈方式消除了干扰 (176)。
8. 根据权利要求l所述的方法，包括除了所述级联控制方案(148)之外还实施自适应 估计技术。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中与位置的单环路控制相比，所述级联控制方案 (148)降低了对命令的阶跃变化的稳定时间。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中包括线性功率级(170)和减震电磁致动器(26) 的所述拾取头(100U50)包括电磁致动器(26)。
全文摘要
一种用于控制光学驱动器(10)的拾取头(100、150)的位置的系统(10)和方法(148、200)，包括操纵(158、208)作为级联控制方案(148)中的主要变量的拾取头(100、150)的位置；以及操纵(166、200)作为所述级联控制方案(148)中的辅助变量的流过所述拾取头(100、150)的电流。
文档编号G11B7/085GK101770782SQ20091026193
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者R·库施, V·P·奥斯特罗弗克霍夫, X·石, 任志远 申请人:通用电气公司